Na Plutonie płynęła ciecz. Nie była to jednak woda

Ślady znaleziono na północnym skraju Sputnik Planitia, ogromnej równiny tworzącej zachodnią część charakterystycznego, jasnego serca widocznego na zdjęciach Plutona. Teren ten jest w rzeczywistości gigantycznym lodowcem wypełniającym głęboki basen uderzeniowy.

Jego powierzchnia zajmuje około 1 mln km kw. i składa się przede wszystkim z zamarzniętego azotu, z domieszką lodu metanowego oraz tlenku węgla. Nie jest to więc lodowiec podobny do ziemskich czap polarnych. Woda na Plutonie przy tak niskich temperaturach zachowuje się raczej jak skała i może budować góry. Rolę miękkiego, powoli przemieszczającego się lodu przejął tam właśnie azot.

Na zdjęciach wykonanych przez sondę New Horizons widać, że powierzchnia Sputnik Planitia została podzielona na wielkie, wielokątne komórki. Niektóre mają rozmiary porównywalne z miastami. Powstają wskutek konwekcji: cieplejszy lód podnosi się z głębi, stygnie przy powierzchni, a następnie opada.

Granice między tymi komórkami przecinają wąskie, ciemne linie. Obok części z nich znajdują się szersze, bardziej rozmyte plamy. To właśnie ich kształt i rozmieszczenie zwróciły uwagę badaczy. Nie wyglądają one jednak jak zwykłe osady naniesione przez wiatr ani jak materiał odsłonięty przez pękanie lodu. Przypominają natomiast miejsca, w których ciecz wypłynęła na powierzchnię, zwilżyła ją i zebrała się w niewielkich zagłębieniach.

Mówienie o cieczy na Plutonie może przywodzić nam na myśl wodę ukrytą pod lodową skorupą. Tym razem badacze wskazują jednak na zupełnie inną substancję: azot cząsteczkowy.

Ten sam związek dominuje w ziemskiej atmosferze, ale warunki panujące na Plutonie są skrajnie inne. Temperatury są tam tak niskie, że azot występuje przede wszystkim w postaci lodu. Może jednak sublimować, czyli przechodzić bezpośrednio ze stanu stałego w gazowy, tworząc bardzo rzadką atmosferę planety karłowatej.

Deszcz ciekłego azotu nie wchodzi w grę. Atmosfera Plutona jest zbyt cienka, a warunki termiczne nie pozwalają, aby azot skraplał się w chmurach i spadał na powierzchnię w sposób przypominający ziemskie opady. Ciecz musiała więc powstać niżej, pod grubą warstwą lodowca.

Modele wskazują, że u podstawy liczącej kilka kilometrów grubości pokrywy azotowej mogą pojawić się warunki pozwalające na jej częściowe stopienie. Znaczenie mają ciśnienie, izolacyjne właściwości lodu oraz niewielka ilość ciepła docierającego z wnętrza Plutona.

Powstały w ten sposób ciekły azot mógł przemieszczać się ku górze przez szczeliny i wąskie kanały. Badacze z Southwest Research Institute porównują je do przewodów, którymi na innych światach przemieszcza się lawa albo materiał wyrzucany przez gejzery.

Droga ciekłego azotu na powierzchnię nie była jednak łatwa. Otaczający go lód był chłodniejszy, więc materiał musiał dotrzeć na górę, zanim całkowicie zamarzł wewnątrz szczeliny. Symulacje pokazują jednak, że w odpowiednich warunkach taki scenariusz jest możliwy. Ciecz mogła być wypychana przez ciśnienie panujące pod lodowcem albo podnosić się dzięki różnicy gęstości. Po dotarciu na powierzchnię wypływała wzdłuż granic wielkich komórek konwekcyjnych.

Nie tworzyła jednak rozległych jezior ani rzek ciągnących się przez setki kilometrów. Najprawdopodobniej pojawiała się okresowo, zwilżała lód azotowy i spływała do najbliższych zagłębień. W ekstremalnym zimnie szybko traciła ciepło i ponownie przechodziła w stan stały. Miała jednak wystarczająco dużo czasu, aby pozostawić po sobie ciemne linie oraz rozmyte plamy. Właśnie te struktury są dziś widoczne na zdjęciach New Horizons.

Badacze porównali je z obrazami ziemskich lodowców wykonanymi przez satelitę Landsat 9. Podobne ciemne wzory występują m.in. na Grenlandii, gdzie woda wypływa na lód lub przemieszcza się po jego powierzchni. Podobieństwo nie jest oczywiście bezpośrednim dowodem, że na Plutonie sfotografowano ciekły azot. Sonda nie zmierzyła przepływu ani nie pobrała próbki materiału. Jest jednak mocną poszlaką, która zgadza się z wynikami obliczeń dotyczących zachowania azotowego lodowca.

W przypadku odległych światów określenie niedawno ma inne znaczenie, niż w codziennym języku. Badacze nie twierdzą, że ciekły azot płynął po Plutonie kilka dni przed przelotem sondy albo że wypływa tam w tej chwili. Powierzchnia północnej części Sputnik Planitia jest nieustannie odnawiana przez ruch lodu. Modele wskazują, że obserwowana warstwa może mieć mniej niż 1 mln lat. Jeżeli ciemne ślady przetrwały na niej do dziś, musiały powstać w tym przedziale.

Milion lat brzmi dla nas jak niemal niewyobrażalnie długi okres, ale w historii obiektu liczącego około 4,5 mld lat jest geologiczną chwilą. Co ważniejsze, mechanizm odpowiedzialny za powstanie śladów może nadal działać. Nie ma tam niemal żadnych kraterów uderzeniowych, które powinny gromadzić się przez miliardy lat. Oznacza to, że lodowiec regularnie miesza, wygładza i odnawia swoją powierzchnię. Pluton nie jest więc nieruchomą bryłą, na której czas zatrzymał się tuż po powstaniu Układu Słonecznego.

Jak pisaliśmy w tekście: Pluton krwawi. Na powierzchni byłej planety odkryto kriowulkany, które toczą ciekłą wodę z lodem, na planecie karłowatej znaleziono także rozległe formacje interpretowane jako kriowulkany. Zamiast roztopionej skały mogły wydobywać wodę, lód i inne lotne substancje.

Nowe badanie opisuje jednak zupełnie inny mechanizm. Ciekły azot miał powstawać bezpośrednio pod lodowcem i przeciskać się na powierzchnię przez jego pęknięcia, a nie wypływać z głębokiego zbiornika magmy wodnej.

Chyba najbardziej niezwykłe jest to, że nie potrzeba było nowej misji ani kolejnego przelotu obok Plutona. Analiza opiera się na zdjęciach wykonanych podczas jedynego bliskiego spotkania z tym światem. Sonda New Horizons przeleciała obok Plutona 14 lipca 2015 r., zbliżając się do jego powierzchni na około 12,5 tys. km. Nie weszła na orbitę. Przemknęła przez układ Plutona z dużą prędkością, zbierając obrazy i pomiary, które później przez wiele miesięcy przesyłała na Ziemię.

Jak pisaliśmy w tekście: Ten dzień przejdzie do historii – ludzkość właśnie odwiedziła Plutona, dopiero wtedy zobaczyliśmy z bliska jego góry, lodowce, równiny i zaskakująco złożoną atmosferę. Wcześniej nawet najlepsze teleskopy pokazywały Plutona jako niewielką, rozmytą plamę.

Nowe odkrycie pokazuje tak naprawdę, ile informacji nadal pozostaje w archiwalnych danych. Badacze mogą wracać do tych samych fotografii z nowymi modelami, porównywać je z procesami obserwowanymi na Ziemi i dostrzegać szczegóły, których znaczenie wcześniej nie było jasne. Problem polega na tym, że ponad połowa powierzchni Plutona nie została sfotografowana w równie wysokiej rozdzielczości. Nie wiadomo zatem, czy podobne wypływy pojawiają się także w innych rejonach.

Hipoteza ciekłego azotu pozostaje bardzo mocna, ale nie jest ostatecznie rozstrzygnięta. Aby ją potwierdzić, potrzebne byłyby dokładniejsze zdjęcia wykonane w różnych momentach, pomiary temperatury oraz obserwacje pozwalające sprawdzić, czy ciemne struktury zmieniają się z czasem.

Najlepszym rozwiązaniem byłaby w tym przypadku sonda zdolna wejść na orbitę wokół Plutona. Mogłaby wielokrotnie fotografować Sputnik Planitia, obserwować teren w różnych porach roku i szukać świeżych wypływów albo zmian jasności powierzchni.

Przeczytaj także:

Na razie musimy polegać jednak na jednorazowym zestawie danych z 2015 r. Już on wystarczył jednak, aby zmienić Plutona z odległego punktu w dynamiczny świat z wędrującymi lodowcami, mgłami, możliwymi kriowulkanami i prawdopodobnymi wypływami cieczy. Nie jest to ciecz przyjazna życiu ani dowód na jeziora ukryte tuż pod powierzchnią. To azot płynący w temperaturach, przy których ziemskie powietrze zamieniłoby się w lód.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI